专利名称：轻金属合金表面的覆层方法
技术领域：
本发明涉及轻金属合金表面的覆层方法。本文中轻金属合金理解为含有以铝或者镁作为主要参与决定表面化学特性的组分的合金。
然而这些轻金属合金的缺点在于其易于氧化，使得总是要担心抗腐蚀问题，并且要需要适当的表面处理方法。保护这种轻金属合金的表面的问题一般还总是不便于真正持久地保持相应部件的观感。
研究了各种方法并且还在很大的范围内使用了各种方法。因为这些方法要么只能有限地达到技术要求，要么成本高昂，要么在受处理的部件的几何大小上很受局限，所以现在还需要加以改善或者替代。
根据本发明，用于轻金属合金表面覆层方法具有步骤-钝化地清洁轻金属合金表面，
-进行含锌的金属化学镀-电镀中间层-进行含锡的电镀本发明的优选实施例在从属权利要求中给出。
根据本发明的方法以其含锡的电镀层为特征，所述含锡的电镀层与另外的所述镀层一起能够可靠地封闭轻金属合金的表面。在相应的电镀层中锡的组分优选地应当在40％以上，更加优选在50％以上。
通过首先进行的钝化清洁，然后进行至少含有金属锌的金属化学镀，可以达到具有锡的电镀层能够良好地附着。然而为了加以改善还要采用一个电镀的中间层，所述的中间层的目的是，保护以前用化学镀产生的带有锌的金属层不会受后续的带有锡(还有其它)的电镀损害。进行中间层电镀进可以选择着眼于稳定含锌的金属镀的工艺，可以在此层上再进行含锡的电镀，不必再考虑含锌的镀层。在电镀中间层时采用pH值约7至10的电镀工艺是特别有意义的。含锌层一方面可以受酸的破坏，另一方面可以受碱的破坏，这是在制造含锡的电镀层时有可能希望的，或者说不可避免的。
所述的钝化清洁，可以含有把轻金属合金表面碱性地去脂作为第一步骤，然后用一种溶液处理去脂了的表面，一方面所述的溶液是酸，至少含有一种酸性盐，并且从而把轻金属表面进行一定的酸洗，另一方面附带地进行对氧化作用的钝化。在此氧化的概念总体上理解为价电子转移，具体地包含构成氧化物如三氧化二铝(Al2O3)和构成氟化物如二氟化镁(MgF2)。
在主要组分是镁时，优选地至少50％重量尤其是至少80％重量的镁组分，提出所述的酸溶液处理或者酸的盐溶液要分两步进行。一步是首先在pH值在3-5，优选地在4左右的数量级的较弱的酸溶液中进行处理。另一步是然后采用另一种pH值在0.5-2，优选地在1左右的数量级的强得多的酸，并且所述的酸还含有氟离子。在酸洗表面的同时构成含有二氟化镁的钝化层。
所述的弱酸溶液可以含有羧酸和焦磷酸的混合物，羧酸例如是柠檬酸、苹果酸、草酸或者乳酸。后续使用的强酸溶液例如可以是磷酸和二氟化铵的混合物。
如果轻金属在另一方面具有显著的铝组分，尤其是至少60％重量，尤其是含有80％重量的铝组分，在酸或者酸性盐溶液中的处理可以用在酸洗同时产生钝化层的强氧化溶液进行。其中所述的钝化层含有三氧化二铝。强氧化溶液的适用例为硝酸、过硫酸(peroxomonoschwefelsaeure)或者过硫酸钾。
钝化清洗的另一个可能性是用一方面含有磷酸另一方面含有醇的溶液处理(或者是含有这样的处理)。在这种处理时应当对表面进行阳极处理。对此参照本发明人在2000年6月1日的在先申请01114981.2“清洁和钝化轻金属合金表面的方法”。该在先申请引入在本申请中。用所述的清洁步骤可以对表面进行非常有效的脱脂并且附带进行了苛化，其中阳极处理可以提货非常灵活的优化参数(阳极处理的电流密度、电压等等)。所述的醇可以是一般的醇，例如甲醇、乙醇、丙醇及丁醇和高级酸及其衍生物，譬如异丙醇等等。还可以是二醇、聚醚及其它醇。当然也可以用混合物。优选丁醇和异丙醇。
在上述主要是镁组分的合金还是优选地采用氟离子进行表面钝化，其中把氟离子加入含有磷酸的溶液中，其中这个处理步骤中把表面接到阳极。这个处理步骤可以与另一个含有醇的步骤同时进行，也可以与之分开地进行，在后一个步骤中溶液含有磷酸、醇和氟离子。
氟离子可以以二氟化铵、碱金属氟酸盐、氟酸存在也可以以其它的形式存在。
此外，对于所述的用氟离子处理，也就是说一方面是分为两步的处理，另一方面是用磷酸和醇的组合的处理，如果轻金属没有镁或者只有很少的镁，硅的组分优选地超过0.1，尤其超过0.5或1或者2％重量甚至更高是有意义的。这里氟离子浓度可以由硅浓度确定。
所述的用磷酸和醇及氟离子的处理可以优选地用碱性清洗步骤结束，在pH值约为10或者高于10的碱性水溶液进行。
然而碱性清洗的步骤对于二氟化镁少而更多的是由三氧化二铝占优势的钝化表面是不适宜的，至少是在所述的高pH值下是不利的。更希望采用含水的氧化剂中的进行三氧化二铝的氧化步骤。由于硅的组分的原因采用氟离子还有意义的。所述的含水氧化剂可以是过硫化溶液或者是过硫酸(卡罗斯酸)溶液。其中氧化应当总是在氟处理后进行。另一方面，在高镁组分时，pH值在6或以下酸性条件下进行含水氧化步骤也是有问题的，因为为可能会损害氟钝化。
所述的氟离子组分可以在0.1或0.3或0.5％重量为下限，20或30或10为上限的范围内。用磷酸和醇处理时的阳极处理电流密度可以在10或30或50安/米2为下限1000安/米2为上限的范围内。适宜的温度在10至40摄氏度。磷酸可以占溶液的30-90％容积，并且在这样的容积比中占50-95重量百分比。优选地所述溶液的其余部分主要是醇或者在有的情况下是氟化物。
在上述用钝化的清洁进行前处理后，前面列举的含锌的金属化学镀。此外化学镀中还可以含金属铜和/或镍。
后续的电镀中间层同样也可以含有铜和/或镍。已经讨论过的最后的电镀层当然含有锡，然而此外还可以含有例如锌、铋和/或铅以提高抗腐蚀性。
上述的方法导致稳定而持久的轻金属合金表面电镀层。由于所述的方法可以用湿化学工艺和电镀处理进行，所以在可就任的部分大小和几何形状上非常灵活，此外还可以大规模低成本地进行。以上述方法可以得到金属性导电的表面状态，这在许多应用中是需要的。
本发明的一个特点是，在含锡的电镀层上还可以涂覆漆层。从而得到了在表面光学构形上的另一个自由度。例如所述漆可以是厚而透明的从而达到多种多样的装饰效果。还可以具有用现有的涂漆机器例如表面喷漆器之类进行涂布的结构，给予受处理的部件各种光学的和触觉的外观。然而最重要的是涂漆的表面一般是电绝缘的，在有的应用方面是所希望的。最后通过漆涂层还可以显著地提高抗腐蚀能力。
由此可以非常有利地得出用两个成分的漆操作，可以视应用情况相对自由地选择。也可以采用单一成分的漆，尽管一般地说技术性能差着。
如果在覆漆前把含锡的电镀层表面进行钝化可以明显地改善漆的附着性。在此优选碱性的阳极表面氧化，例如在含有磷酸盐或者碳酸盐的溶液中进行。
所述的碱性阳极氧化可以后续阴极处理加以补充，所述的阴极处理在六价铬离子溶液中进行，可以是铬酸中进行。然而出于劳动卫生和环境保护的原因采用六价的铬还是成问题的(但是不是对产品本身)，因此可以优选在覆涂前对电镀表面仅用碱性的阴极氧化前处理。除了上述的优点之外，覆涂的表面还可以把部分区域在事后恢复成金属的表面导电性。这例如在用于在一定的位置上与电镀的部件电接触而该部件的其余部分还要保留绝缘的时候，或者保留一定的光学表面特征，或者最终须要特别良好对化学及机械负荷有良好的保护的时候这样做是有意义的。
根据本发明，为此提出了一种激光处理，所述激光处理以相对地没有问题的方式剥离或者蒸发激光照射部分的漆层，然后通过使之再熔化带来金属导电性。为此根据本发明的表面中的锡的组分提供了特别良好的导电性并且同时为去掉漆的部分提供了牢固性。
此外激光处理也可以有利于没有覆漆的根据本发明的部件部分地提高现有的表面导电性。最后，如果用本发明处理过的表面上诸如用喷涂的氧化物、氮化物等等设有另外的或者附加的绝缘层时，也可以使用激光处理。
此外优选地在由激光照射过的表面区域上，于几个小时内或者几天之内涂覆流质的金属样导电的物质，譬如含有导电颗粒的胶合剂或者其它用塑料制成的耐老化物质。所述的颗粒可以是银粒。照射可以优选地分两次进行，以限制表面的热负荷，当然也可以在通风的环境下用常规的装置进行。事实证明可以用NdYaG激光器，例如90W功率的。
电镀的中间层的层厚度在5至10微米之间。优选的含锡的电镀层的层厚也在5-10微米之间。
此外，在胶合时粘接部分相互间有良好的导电连接也是重要的，以此产生对移动电话的电磁屏蔽。总而言之，在对镁压铸件有稳定的镀层的同时应当对为胶合成突出的表面区域2提供良好的导电性。对于所示的移动电话电路板的安装罩3的平面部分也是这样的，所述平面部分由于要接地同样也应当是导电的。框架部分1的其它细节对于本发明的理解毫无关系。
首先把框架部分1进行常规的碱性去脂然后在pH值为4的柠檬酸和焦磷酸处理。接着在pH1下用磷酸和二氟化铵的强酸溶液进行钝化。
在以此方式清洁和钝化的表面上覆以由锌和铜制成的过渡层，在此层上可以再用常规的电镀镀上7微米层的铜层。
在此已经相对有力地电镀的铜层上再电镀上本发明特征性的锡电镀层，并且在其中附加地镀有锌，在此例是质量比是70∶30(锡∶锌)。镀层的厚度在8微米。
把还导电的表面在磷酸盐溶液中用碱性阳极处理氧化进行覆漆的预处理。在处理时没有使用六价的铬。而是代之以把市售二成分漆直接涂覆在阳极处理过的表面上然后硬化。
从而使镁压铸件1有合格的视觉质量和技术质量，其中可以使用完全透明的漆，从而露出金属的亮丽外观。
然后把表面在示出的线条2和安装罩3处用市售的NdYaG激光器进行处理。该激光器是Q开关的，灯电流约32安培，功率是90W。在图中所示的线和面上照射两次，其中准确地逐点进行。可以用实验确定点的间距和每点所用的能量，使得一方面得到通暢的线条，另一方面得到足够的线条宽度。线条宽度不应当过小，以优化对另一个壳部的过渡电阻。另一方面线条不应当过大并且要由以后涂覆的胶合剂完全地覆盖。在此例中用的是1毫米。此外，每次照射的接入能量不应当不必要地高，以避免较深层过度地加热。通过进行两次照射还可以降低每次照射的能量。每次照射在此用每平方毫米15瓦。激光器的推进速度是400毫米/秒。
然后，在如此重新金属化的表面2、3上可以覆盖上配有银粒的硅胶，从而与在此没有详细说明的另一个壳部进行导电地粘接。所述的另一个壳部同样是金属或者镀金属的，并且粘接得使对胶合剂有电气接触。以此方式可以对胶合剂保持电气接触。以此方式可以制造在总体上紧密电屏蔽的壳体。
激光处理的其它细节参见本发明人的“在覆层的轻金属合金上产生金属导电性表面区域的方法”。
权利要求
1.轻金属表面(1)的覆层方法，具有步骤-钝化地清洁轻金属合金表面(1)，-进行含锌的金属化学镀-电镀中间层-进行含锡的电镀。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，含有步骤-把轻金属合金表面(1)碱性地去脂，并且-用酸溶液或者酸性盐溶液中处理轻金属合金表面(1)，通过同时的氧化作用产生钝化层。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，轻金属合金层有50％重量的镁组分，并且在酸溶液的处理含有步骤-在弱酸溶液中进行处理，然后，-在强酸中处理，其中强酸溶液中含有氟离子。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的弱酸溶液含有羧酸和焦磷酸。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述的弱酸溶液含有磷酸和二氟化铵。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述轻金属合金含有至少60％重量的铝，在酸或者酸性盐溶液中的处理可以用强氧化溶液进行。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述强氧化溶液为硝酸、过硫酸或者过硫酸盐溶液。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在轻金属合金表面(1)钝化清洗中具有用含有磷酸和醇的溶液处理，其中把轻金属合金表面(1)接到阳极。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，轻金属合金(1)含有至少50％重量的镁，和/或含有0.1％重量的硅组分，并且钝化步骤用含有磷酸和氟离子的溶液中进行的处理步骤结束，其中把轻金属合金表面(1)接阳极。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，轻金属合金含有至少60％重量的铝，并且钝化清洁采用含水氧化剂中的处理步骤。
11.如以上权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，金属化学镀中除了锌之外还含铜和/或镍。
12.如以上权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，电镀中间含有铜和/或镍。
13.如以上权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，电镀层除了含有锡，此外还含有锌、铋和/或铅。
14.如以上权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，在含锡的电镀层上涂覆漆层。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的漆是两个成分的漆操作。
16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，在覆漆前对含锡的电镀层表面进行钝化。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，钝化处理含有碱性阳极处理氧化。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，碱性的阳极表面氧化在含有磷酸盐和/或碳酸盐的溶液中进行。
19.如权利要求16、17或18所述的方法，其特征在于，在钝化处理时进行阴极处理，所述的阴极处理在含六价铬离子的溶液中进行，所述的阴极处理有时在碱性阳极处理后进行。
20.如以上权利要求之之任一项所述的方法，其特征在于，在轻金属合金表面(1)的部分(2、3)上用激光器照射，以提高轻金属合金表面的导电性。
全文摘要
本发明涉及轻金属表面的覆层方法，在钝化地清洁轻金属合金表面和进行金属化学镀之后在电镀的中间层上进行含锡的电镀。所述电镀层是导电的并且可以附加地覆漆。
文档编号C23C28/00GK1412351SQ0214575
公开日2003年4月23日 申请日期2002年10月11日 优先权日2001年10月11日
发明者沃尔夫－迪特尔·弗朗茨 申请人:恩通公司